# coding: utf-8
import numpy as np
import pandas as pd
np.set_printoptions(threshold=2000)#全部输出 
pd.set_option('display.max_colwidth',2000)#全部输出 
pd.set_option('max_colwidth',2000)
pd.set_option('display.max_rows',None)
pd.set_option('display.max_columns',None)


def smooth_curve(x):
    """用于使损失函数的图形变圆滑

    参考：http://glowingpython.blogspot.jp/2012/02/convolution-with-numpy.html
    """
    window_len = 11
    s = np.r_[x[window_len-1:0:-1], x, x[-1:-window_len:-1]]
    w = np.kaiser(window_len, 2)
    y = np.convolve(w/w.sum(), s, mode='valid')
    return y[5:len(y)-5]


def shuffle_dataset(x, t):
    """打乱数据集

    Parameters
    ----------
    x : 训练数据
    t : 监督数据

    Returns
    -------
    x, t : 打乱的训练数据和监督数据
    """
    permutation = np.random.permutation(x.shape[0])
    x = x[permutation,:] if x.ndim == 2 else x[permutation,:,:,:]
    t = t[permutation]

    return x, t

def conv_output_size(input_size, filter_size, stride=1, pad=0):
    return (input_size + 2*pad - filter_size) / stride + 1


def im2col(input_data, filter_h, filter_w, stride=1, pad=0):
    """

    Parameters
    ----------
    input_data : 由(数据量, 通道, 高, 长)的4维数组构成的输入数据
    filter_h : 滤波器的高
    filter_w : 滤波器的长
    stride : 步幅
    pad : 填充

    Returns
    -------
    col : 2维数组
    """
    N, C, H, W = input_data.shape
    # N:图片数量，这里数值是1
    # C:颜色深度，这里数值是1
    # H:图片高度，这里数值是256
    # W:图片宽度,这里数值是256


    out_h = (H + 2*pad - filter_h)//stride + 1#这里的//是高斯函数[x]
    out_w = (W + 2*pad - filter_w)//stride + 1
    #卷积核输出的长和宽

    img = np.pad(input_data, [(0,0), (0,0), (pad, pad), (pad, pad)], 'constant')
    col = np.zeros((N, C, filter_h, filter_w, out_h, out_w))


    # 下面这个for循环在干嘛呢？
    # 其实相当于在模拟一个全为1的卷积核（理解这点非常重要）
    #扫描过程如下面链接所示：
    # https://blog.csdn.net/dwyane12138/article/details/78449898
    # 所以最终结果是252列

    for y in range(filter_h):##这里的filter_h=5
        y_max = y + stride*out_h
        for x in range(filter_w):#这里的filter_w=5，stride=1,out_h=out_w=252
            x_max=x+stride*out_w
            col[:, :, y, x, :, :] = img[:, :, y:y_max:stride, x:x_max:stride]




    #这里col的维度(1, 1, 5, 5, 252, 252)
    #这里col类型：numpy.ndarray
    col = col.transpose(0, 4, 5, 1, 2, 3).reshape(N*out_h*out_w, -1)
    # N*out_h*out_w的维度是：1*252*252
    #这里的(0, 4, 5, 1, 2, 3)意思是:
    #图像被卷积采样后的输出维度的序号(4,5)提前
    #卷积对应的序号放到后面
    #注意，这里col是一个列向量

    #col类型:tuple
    # 返回的col的维度是63504*25
    return col


def col2im(col, input_shape, filter_h, filter_w, stride=1, pad=0):
    """

    Parameters
    ----------
    col :
    input_shape : 输入数据的形状（例：(10, 1, 28, 28)）
    filter_h :
    filter_w
    stride
    pad

    Returns
    -------

    """
    N, C, H, W = input_shape
    out_h = (H + 2*pad - filter_h)//stride + 1
    out_w = (W + 2*pad - filter_w)//stride + 1
    col = col.reshape(N, out_h, out_w, C, filter_h, filter_w).transpose(0, 3, 4, 5, 1, 2)

    img = np.zeros((N, C, H + 2*pad + stride - 1, W + 2*pad + stride - 1))
    for y in range(filter_h):
        y_max = y + stride*out_h
        for x in range(filter_w):
            x_max = x + stride*out_w
            img[:, :, y:y_max:stride, x:x_max:stride] += col[:, :, y, x, :, :]

    return img[:, :, pad:H + pad, pad:W + pad]